第六章　烧结2.pptVIP

第六章　烧结  （二） 刘杏芹 中国科学技术大学，材料科学与工程系 2010年5月25日 前人对烧结速率方程式进行了总结，得出 如下关系式： F(T)是温度的函数，不同烧结机制包含不同物理常数，（D＊，饱和蒸气压，粘滞系数，表面张力等） §6.4　烧结过程 烧结三步曲 （一）烧结初期：物质向粒子接触处移动，形成neck, neck长大，neck互相接触，进入中期 表面扩散机制为多，也有粒界扩散或蒸发－凝聚（高蒸气压物质） ∵neck生长速度不一样，产生转矩，导致粒子重排，配位数增多， Nc=16d/d0-2 在这阶段，相对密度基本与坯体相似，约60% (二)烧结中期： 气孔收缩，密度增大，闭气孔生成。进入后期。 1、气孔收缩: 气孔的曲率（气孔的半径，正、负）取决于接触物质的曲率。当如图时（补图），r为负, ?μ为负， ∴能量低，通过粒界扩散、表面扩散和体积扩散，物质向A、B、C等点（凹处，低化学位）移动，所以相当于气孔的边界向曲率中心移动，气孔减小。 2、闭气孔生成 对于同一气孔的不同部分（补图）。 假设曲率半径分别为r1，r2，且|r1||r2|, r1= -3, r2= -2 A处，?μ1∝1/r1, r10 B处 , ?μ2∝1/r2, r20 ∴有： 1/r11/r2 (-1/3-1/2) ∴ ?μ1 ?μ2 即物质从A处流入B处，或者说比起A处来，其它地方的物质更易向B点扩散，迁移。慢慢的B处气孔被填满，形成闭气孔 此阶段，收缩的90%是在此阶段发生，相对密度可达约90%甚至95% Stages in the vitrification and densification of a ceramic body during sintering; (a) loose powder (“green” compact), (b) initial bonding stage, (c) intermediate stage-grain boundaries form, (d) final stage-- densification and elimination of pores along grain boundaries. （三）、烧结后期 闭气孔收缩，粒子长大，致密化 1、闭气孔收缩 （1）闭气孔大小，位置，形状与收缩的关系 a：大小：大气孔曲率半径大，曲率小，能量高，所以物质向大气孔移动比向小气孔移动难，慢，不利于收缩，对致密化不利，收缩慢。 另一方面，四个粒子围住的三个气孔，气孔收缩，同时，粒子也在减小。如果　气孔大，收缩慢，气孔还没收缩完，粒子消失，使气孔合一，反而气孔增大。 b. 位置：气孔在粒界上易消失，粒界扩散快，扩散程短。气孔在粒内时，一般靠体积扩散，特别是当气孔内的气体不易在固体内扩散时，将会形成永久气孔，留存在粒内，成为粒内气孔。 例，Al2O3烧成时，可以O2中烧，因为O2等易在Al2O3中扩散 c. 气孔形状影响 （a）粒子形状和粒子成长 （b）无气孔，无杂质时粒子成长速度：可用粒界移动速率表示。 假定粒界移动力为Fb Ω:分子体积，ω：粒界厚？度，γSS粒界能，ρ1，ρ2曲率半径 假定粒子保持原形状长大， 则有: 为平均粒径，k为常数 假定横跨粒界的物质迁移率为Mb，物质扩散 系数为Da， 则 Mb = Da/kT 设粒界的平均移动速率为 则 而粒径的增长速率与 成正比， 假定t=0时， 那么，粒径和时间关系可用下式表示 且假定 c）有气孔，杂质时，粒子的成长速度 i）粒界和气孔的相互作用(补图） 所以整个粒界给气孔的拉力＝气孔对粒界向后的拉力（阻力） 即： 当θ＝45o时， ii)　气孔随粒界移动情况（补图） A点物质，或者靠近A表面的物质就会通过扩散（表面）向气孔后部移动，即物质从气孔的前进面向后边的面移动，相当于气孔随粒界移动。 当粒界移动速率＞气孔移动速率时，气孔成为粒内气孔，不易消失。 当粒界移动速率≤气孔移动速率，则气孔随粒界移动，烧结中，有可能消失。 iii)有气孔时粒界移动速度 设气孔移动速率为Vp,粒界移动速率为Vb,有气孔影响时，粒界移动力为Fb’,那么 Vp=MpFp Vb=MbFb’ 其中Mp为横垮气孔界的物质迁移率（可能有表面扩散，蒸发-凝聚，体及粒界扩散等）